元素測(cè)井在頁(yè)巖氣中的應(yīng)用

彭文耀 張?jiān)ズ辏ㄖ惺瓭h石油工程有限公司測(cè)錄井公司,湖北 潛江 433123）

元素測(cè)井在頁(yè)巖氣中的應(yīng)用

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通過(guò)描述元素測(cè)井的原理和方法，分析地層元素的特征與其含礦物質(zhì)的關(guān)系，探討了元素測(cè)井探測(cè)頁(yè)巖氣的前景。

元素；測(cè)井；頁(yè)巖氣

元素測(cè)井是業(yè)界常用的探測(cè)地層中元素分布的方法，以進(jìn)行巖性識(shí)別，分析巖石的礦物骨架以及地下的環(huán)境，進(jìn)一步分析在被測(cè)地塊進(jìn)行礦物發(fā)掘的可行性。

1 元素測(cè)井的基本原理

在地層中，有很多不同的物質(zhì)形態(tài)，包括土層、巖石、礦物質(zhì)、頁(yè)巖氣、水、原油等，它們因?yàn)椴煌姆肿咏Y(jié)構(gòu)而形成不同的物質(zhì)形態(tài)，而分子的不同是取決于其中的原子類(lèi)型和原子的組成結(jié)構(gòu)。而無(wú)論是何種原子，其均有同類(lèi)但數(shù)目不一致的核子（質(zhì)子或者中子）與電子構(gòu)成，原子的劃分就是其核子的數(shù)目不同所決定的。通常情況下，中子、質(zhì)子所結(jié)合在一起形成的原子核是十分穩(wěn)定的，但當(dāng)一定的能量注入，就會(huì)造成核子的釋放，能夠產(chǎn)生該效果的能量值被稱(chēng)為結(jié)合能。在這個(gè)過(guò)程中，需要中子處于一定的速度下，以使得其具有相應(yīng)的能量，即動(dòng)能，如下式所示。

在式中，m為中子的質(zhì)量，則是其動(dòng)能，v為其速度。當(dāng)超過(guò)0.5時(shí)，通常將之稱(chēng)為快中子。當(dāng)其與原子量比較大的核發(fā)生反應(yīng)時(shí)，將會(huì)促使快中子的能量被原子核吸收，從而造成后者的激發(fā)，并進(jìn)一步產(chǎn)生γ射線(xiàn)，然后再保持為穩(wěn)定的裝填。在遭遇快中子作用時(shí)，原子核因其種類(lèi)的不同其釋放的射線(xiàn)也不盡相同。快中子在與原子核反應(yīng)后，就變成熱中子，并被原子核所俘獲，俘獲反應(yīng)會(huì)占據(jù)測(cè)量信號(hào)的絕大多數(shù)分量，并著重對(duì)Si、Fe、Ca、Ti、Gd、S等元素進(jìn)行探測(cè)。而利用元素測(cè)井方法，所做的工作就是分辨出這些射線(xiàn)的不同，從而分析地層中物質(zhì)的分布。

在地層中，很多元素的分布是比較有規(guī)律的，比如Ca通常在大理石結(jié)構(gòu)的巖石中，Si則通常存在于沉積類(lèi)巖石中，Mg通常存在于白云質(zhì)地的巖石中，S通常存在于石膏中，Al元素通常存在于泥巖中等等。這種相關(guān)性就使得我們?cè)谕ㄟ^(guò)元素測(cè)井后，得到譜圖并基于這個(gè)譜圖來(lái)分析地層中的物質(zhì)分布，并進(jìn)一步得出其含礦產(chǎn)的多少、開(kāi)礦的經(jīng)濟(jì)可行性。

2 元素測(cè)井在頁(yè)巖氣儲(chǔ)層分析中的應(yīng)用

根據(jù)前文所述的元素測(cè)井原理可以看出，只要我們了解頁(yè)巖氣的構(gòu)成和存在狀態(tài)，就能夠利用元素測(cè)井方法對(duì)頁(yè)巖氣的儲(chǔ)層進(jìn)行分析探測(cè)。頁(yè)巖通常是體積很?。ǖ陀?.9μm）的碎屑、有機(jī)質(zhì)等構(gòu)成，其質(zhì)地形狀呈現(xiàn)出一定的頁(yè)狀，極其易碎，屬于沉積巖。在地層中，頁(yè)巖具有較為廣泛的存在，類(lèi)型也非常多元化，其物質(zhì)成分比較復(fù)雜。比如碎屑頁(yè)巖通常包括長(zhǎng)石與石英，黏土頁(yè)巖通常包括水云母和高嶺石，因?yàn)椴煌奈镔|(zhì)構(gòu)造，其也具有一定的形態(tài)差異。在測(cè)井工作中，頁(yè)巖會(huì)呈現(xiàn)出具有高伽馬、高時(shí)差、高電阻、低密度的特點(diǎn)，因此基于測(cè)井技術(shù)，能夠一定程度上將頁(yè)巖在地層中的分布探測(cè)并繪測(cè)出來(lái)。

由此我們可以對(duì)巖進(jìn)行識(shí)別和劃分。在進(jìn)行元素測(cè)井工作之后，會(huì)得到一幅效果曲線(xiàn)圖，反映了被撞擊后的原子核所發(fā)射的γ射線(xiàn)的分布。其中在500~1593之間意味著被測(cè)區(qū)域具有較多的Ca，但Al、Si含量比較少，通常被認(rèn)定為灰?guī)r；在1593~ 2265間意味著被測(cè)區(qū)域具有較多的Al、Si，但Ca較少，如果常規(guī)自然γ測(cè)井相對(duì)高值通常被認(rèn)定為泥巖，元素測(cè)井表明Si、Al均高，則被認(rèn)定為泥質(zhì)粉砂巖；在2265~2307之間則意味著被測(cè)區(qū)域的Ca較多，同時(shí)Si、AL較少，通常可以認(rèn)定其為碳酸鹽巖；在2320~2420之間則意味著被測(cè)區(qū)域Si含量很高，Ca含量較低，Al含量適中，通常可以認(rèn)定其為頁(yè)巖；在2434~2469之間則意味著被測(cè)區(qū)域所含的Al、Si均較少，且Ca較多，可以認(rèn)定其是碳酸鹽巖。

對(duì)巖性進(jìn)行識(shí)別后，還可以對(duì)其所含礦物質(zhì)的量進(jìn)行初步統(tǒng)計(jì)。頁(yè)巖因?yàn)槠漕?lèi)型較多，所包含的各種物質(zhì)的成分也比較復(fù)雜，如果只是憑借測(cè)井的圖譜來(lái)得出其各類(lèi)物質(zhì)的含量是十分困難的。而因?yàn)閹r層中最常見(jiàn)、最關(guān)鍵的物質(zhì)為Ca，因此通過(guò)元素測(cè)井技術(shù)，可以將Ca元素視為碳酸鹽的含量的指標(biāo)，將S、Ca元素視為蒸發(fā)巖含量的指標(biāo)，將Si、Al、Fe視為黏土含量的指標(biāo)，將其他元素視為黏土含量的指標(biāo)。由此統(tǒng)計(jì)出頁(yè)巖中各類(lèi)礦物質(zhì)的具體含量。

同時(shí)利用元素測(cè)井工作，還能夠?qū)r石的骨架進(jìn)行整體的描繪，計(jì)算出其骨架參數(shù)，以進(jìn)一步得出含氣量、孔隙度、飽和度等數(shù)據(jù)，對(duì)頁(yè)巖的可開(kāi)發(fā)程度進(jìn)行分析。而基于對(duì)黏土中的各類(lèi)物質(zhì)成分的分析，也可以明確其地層的沉積相。而假如能夠判斷出被測(cè)區(qū)域有一定的FeS，則能夠推導(dǎo)出該區(qū)域?yàn)樗w還原沉積。而對(duì)于工程的建設(shè)，元素測(cè)井資料也有極大的參考性。

3 元素測(cè)井技術(shù)的前景分析

一方面，元素測(cè)井技術(shù)利用了微觀物理、化學(xué)反應(yīng)等科學(xué)原理，利用較小的成本對(duì)地層中物質(zhì)的分布進(jìn)行探測(cè)，在地質(zhì)勘查、油氣開(kāi)采以及考古領(lǐng)域都有一定的應(yīng)用前景。另一方面，隨著電子技術(shù)的發(fā)展，元素測(cè)井技術(shù)對(duì)測(cè)到的射線(xiàn)的精確度也越來(lái)越高，得到的結(jié)果也越來(lái)越明確，這使得元素測(cè)井的結(jié)果能夠在更多的領(lǐng)域得到應(yīng)用。

4 結(jié)語(yǔ)

元素測(cè)井技術(shù)是利用快中子與原子核的反應(yīng)，所得出的伽馬射線(xiàn)的不同，來(lái)推算原子核的不同，進(jìn)而分析其元素含量、物質(zhì)分布。該技術(shù)在礦井探測(cè)等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，不僅可以分析地層中頁(yè)巖元素分布，還能夠進(jìn)一步計(jì)算其物質(zhì)含量，分析巖石的架構(gòu)參數(shù)，確定地層沉積相等。

[1]吳勇,侯雨庭,李會(huì)庚,等.高精度地層元素測(cè)井在頁(yè)巖油儲(chǔ)層評(píng)價(jià)中的應(yīng)用——以鄂爾多斯盆地長(zhǎng)7段為例[J].非常規(guī)油氣.2016(02).